PROCESOSHIDROMETALÚRGICOS

Metalurgia Extractiva: Pirometalurgia

Electrometalurgia

Hidrometalurgia

Hidrometalurgia: Lixiviación de Minerales

Extracción por Solventes(convencional, membranas líquidas)

Flotación de Minerales

Metalurgia Extractiva: Pirometalurgia

Electrometalurgia

Hidrometalurgia

Hidrometalurgia: Lixiviación de Minerales

Extracción por Solventes(convencional, membranas líquidas)

Flotación de Minerales

.

Fuentes Naturales de los Metales

1) Metal Primario- en depósitos naturales en la corteza terrestre, ya sea comoMetales, Óxidos metálicos, como Sulfuros, carbonatos,debido a procesos de concentración geológica- en aguas de mar (Mg)- en salares (alcalinos)

1) Metal Primario- en depósitos naturales en la corteza terrestre, ya sea comoMetales, Óxidos metálicos, como Sulfuros, carbonatos,debido a procesos de concentración geológica- en aguas de mar (Mg)- en salares (alcalinos)

2) Metal Secundario

En fuentes de reciclo, básicamente “chatarras” (scrap) dediferentes metales

Valor Metálico …………… Ganga (sin valor económico)

Contenido Metálico en Rocas, Minerales y Concentrados

(valores promedios en % p/p)

Metal Mineral Concentrado Roca

Cu 0,5-5 30 0,01

Mo 0,6-1,8 50 0,0002Mo 0,6-1,8 50 0,0002

Fe 30-50 55 5,0

Au 0,001 2-4 1.10-7

Ni 1,5-3 10 0,02

Al 27-29 - 8,2

1 % = 10.000 ppm (mg/kg) o (g/ton)

Exploración

Minería ResiduoResiduo

Pre-concentración ConcentraciónLixiviación

óxidos sulfuros

Lixiviación

Fundición

Lixiviación

Tratamientode Soluciones

Beneficiodel Metal

Refinación

Uso

Chatarra

La Hidrometalurgia posee grandes ventajas respecto aotros procesos

1. Mínimos problemas de contaminación ambiental

2. Aplicable a menas pobres

3. Permite separaciones difíciles (Cu/Fe, Hf/Zr, Co/Ni, )

4. Bajo costo de operación

5. Menor costo de inversión

6. No exige transporte complicado de mineral

7. Fácil control de procesos

La Hidrometalurgia posee grandes ventajas respecto aotros procesos

1. Mínimos problemas de contaminación ambiental

2. Aplicable a menas pobres

3. Permite separaciones difíciles (Cu/Fe, Hf/Zr, Co/Ni, )

4. Bajo costo de operación

5. Menor costo de inversión

6. No exige transporte complicado de mineral

7. Fácil control de procesos

HIDROMETALURGIA1887: Proceso Cianuración Minerales de Oro

1887: Proceso Bayer: AlO2- Al(OH)3

1912: Lixiviación . Electrolisis de Cu en Chile

1940s: Tecnología del Uranio (Na2CO3)

1950s: Lixiviación a Presión de NiS H2 Nio

1960s: Lixiviación Bacteriana

1970s: Uso de Extracción por Solventes

1980s: Hidrometalurgia del Oro

(SX, C activado)

1887: Proceso Cianuración Minerales de Oro

1887: Proceso Bayer: AlO2- Al(OH)3

1912: Lixiviación . Electrolisis de Cu en Chile

1940s: Tecnología del Uranio (Na2CO3)

1950s: Lixiviación a Presión de NiS H2 Nio

1960s: Lixiviación Bacteriana

1970s: Uso de Extracción por Solventes

1980s: Hidrometalurgia del Oro

(SX, C activado)

- Se puede aplicar a cualquier mineral soluble en algúnagente lixiviable.

- HidrometalurgiaProcesos en base a reacciones químicas, en solucionesacuosas, para la extracción de metales a partir de susminerales y concentrados.

Secuencia H.M.

(disolución) Decantación E.W.Filtración CristalizaciónIX CementaciónSX PPX

- Se puede aplicar a cualquier mineral soluble en algúnagente lixiviable.

- HidrometalurgiaProcesos en base a reacciones químicas, en solucionesacuosas, para la extracción de metales a partir de susminerales y concentrados.

Secuencia H.M.

(disolución) Decantación E.W.Filtración CristalizaciónIX CementaciónSX PPX

LixiviaciónPurificación yConcentración

Recuperación finaldel metal o su compuesto

I) LIXIVIACION DE MINERALES(leaching)

Es un proceso unitario, extracción sólido-líquido

- en otras áreas se denomina “Percolación”

- proceso de “transferencia de masa” (Difusión)

“Es la extracción de un constituyente soluble de unsólido mediante un solvente”

ej.: - producción de café soluble

- extracción lignina de la celulosa con NaOH

- disolución de especies oxidadas de Cu/H2SO4

- extracción aceite de semilla, pepas de uva, etc.

Es un proceso unitario, extracción sólido-líquido

- en otras áreas se denomina “Percolación”

- proceso de “transferencia de masa” (Difusión)

“Es la extracción de un constituyente soluble de unsólido mediante un solvente”

ej.: - producción de café soluble

- extracción lignina de la celulosa con NaOH

- disolución de especies oxidadas de Cu/H2SO4

- extracción aceite de semilla, pepas de uva, etc.

Difusión

Proceso tr. masa definido como el entremezcladoespontáneo de partículas que forman una solución

dm = K • A • Cd

cte. área conc.difusión de

transf.

Proceso tr. masa definido como el entremezcladoespontáneo de partículas que forman una solución

dm = K • A • Cd

cte. área conc.difusión de

transf.

Factores fundamentales que afectan la lixiviación:

• a) Máxima superficie de contacto posible entrelas fases sólidas y líquidas

* Tamaño partículas de sólido es importante en lavelocidad

a > tamaño < área < V transferencias solubles

pero: Tamaño muy fino se impide la circulación y elrendimiento baja

• a) Máxima superficie de contacto posible entrelas fases sólidas y líquidas

* Tamaño partículas de sólido es importante en lavelocidad

a > tamaño < área < V transferencias solubles

pero: Tamaño muy fino se impide la circulación y elrendimiento baja

b) Viscosidad del solvente (líquido)

- debe ser baja gran difusión probabilidad reacción

- debe ser puro al inicio :

Vel. lixiviación decrece en f (tiempo)

pues - decrece C (tiende a saturarse)

- solución se hace másviscosa

b) Viscosidad del solvente (líquido)

- debe ser baja gran difusión probabilidad reacción

- debe ser puro al inicio :

Vel. lixiviación decrece en f (tiempo)

pues - decrece C (tiende a saturarse)

- solución se hace másviscosa

c) Temperatura

A > Tº > solubilidad > Vtr. masa

a > Tº > Kdifusión > dm/d

¡cuidado! Podría aumentar solubilidad del componente nodeseado

Ej: Cu con H2SO4, el aumento de Tº puede provocar una

mayor disolución de Fe(III), Ca(II), etc

c) Temperatura

A > Tº > solubilidad > Vtr. masa

a > Tº > Kdifusión > dm/d

¡cuidado! Podría aumentar solubilidad del componente nodeseado

Ej: Cu con H2SO4, el aumento de Tº puede provocar una

mayor disolución de Fe(III), Ca(II), etc

d) Agitación del solvente

- aumenta la difusión turbulenta > tr.masa

Homogeniza

(se consideran a.b.c.d en diseño de equipos)

Se lixivia no sólo minerales, sino también relaves, ripios yescoria y concentrados.

Relaves: partículas de mineral arrastradas por el aguadurante el lavado del mismo, recuperables separándolasdel lodo gangoso mediante un nuevo lavado. Asociado a“flotación de minerales”

d) Agitación del solvente

- aumenta la difusión turbulenta > tr.masa

Homogeniza

(se consideran a.b.c.d en diseño de equipos)

Se lixivia no sólo minerales, sino también relaves, ripios yescoria y concentrados.

Relaves: partículas de mineral arrastradas por el aguadurante el lavado del mismo, recuperables separándolasdel lodo gangoso mediante un nuevo lavado. Asociado a“flotación de minerales”

Ganga:Material “inútil” que acompaña a los minerales olos rodea en su yacimiento:SiO2, Al2O3, Fe2O3

Concentrado: sólido resultante de la flotación, correspondea mineral mucho más concentrado.

Escoria:Substancia vitrificada que sobrenada en los metalesfundidosEscorias de altos hornos (convertidores, reverberos) sonsilíceas (MO + H2SiO3 ) y no silíceas (sin H2SiO3 ).

Ripio:Nombre que se da a los sólidos residuales y empobrecidosde la lixiviación.

Ganga:Material “inútil” que acompaña a los minerales olos rodea en su yacimiento:SiO2, Al2O3, Fe2O3

Concentrado: sólido resultante de la flotación, correspondea mineral mucho más concentrado.

Escoria:Substancia vitrificada que sobrenada en los metalesfundidosEscorias de altos hornos (convertidores, reverberos) sonsilíceas (MO + H2SiO3 ) y no silíceas (sin H2SiO3 ).

Ripio:Nombre que se da a los sólidos residuales y empobrecidosde la lixiviación.

Procesos de Lixiviación Equilibrio:

(aspectos) grado saturación (P,T, tiposoluto, solvente)

Velocidad: cinética

conc. Soluto,solvente, T,P,grado de agitación,

catalizador,

superficie sólido, etc.

Mecanismo 1) Cambio fase del soluto

CuO(s) Cu2+ Interfase S-L

2) Difusión desde superficie sólido hacia la

solución ( etapa determinante)

Procesos de Lixiviación Equilibrio:

(aspectos) grado saturación (P,T, tiposoluto, solvente)

Velocidad: cinética

conc. Soluto,solvente, T,P,grado de agitación,

catalizador,

superficie sólido, etc.

Mecanismo 1) Cambio fase del soluto

CuO(s) Cu2+ Interfase S-L

2) Difusión desde superficie sólido hacia la

solución ( etapa determinante)

Diseño equipos se debe considerar la corrosividad,

la volatilidad e inflamabilidad del agente lixiviante

Ej.: HNO3 NO, NO2, tóxicos

H2SO4 SO2 , contaminante

orgánicos inflamables, volátiles

Diseño equipos se debe considerar la corrosividad,

la volatilidad e inflamabilidad del agente lixiviante

Ej.: HNO3 NO, NO2, tóxicos

H2SO4 SO2 , contaminante

orgánicos inflamables, volátiles

Operaciones de Lixiviación

1. Extracciones S-L debidas a solubilidad del soluto en elsolvente (proceso difusión es controlador).Ej. extr. aceite desemillas, azúcar de remolacha, caliches salitreros.

2. Extracciones debidas a reacción del solvente con elcomponente de interés.

Lixiviación con reacción química

(proceso controlado por equilibrio y cinética química)

Ej. CuO(s) + 2H+(aq) Cu2+

(aq) + H2O(aq)

H2SO4 3-5 % : 14 bateas de concreto reforzado con asfalto, confondo filtrante. Ciclo total : 100-130 horas

(Chuquicamata)

Operaciones de Lixiviación

1. Extracciones S-L debidas a solubilidad del soluto en elsolvente (proceso difusión es controlador).Ej. extr. aceite desemillas, azúcar de remolacha, caliches salitreros.

2. Extracciones debidas a reacción del solvente con elcomponente de interés.

Lixiviación con reacción química

(proceso controlado por equilibrio y cinética química)

Ej. CuO(s) + 2H+(aq) Cu2+

(aq) + H2O(aq)

H2SO4 3-5 % : 14 bateas de concreto reforzado con asfalto, confondo filtrante. Ciclo total : 100-130 horas

(Chuquicamata)

..) Calcopirita: CuFeS2 con FeCl3

Cu FeS2 (s) + 4 Fe3+ (liq) Cu2+ + 5 Fe2+ + 2 Sº

regeneración (O2, Cl2, etc)

..) Calcopirita: CuFeS2 con FeCl3

Cu FeS2 (s) + 4 Fe3+ (liq) Cu2+ + 5 Fe2+ + 2 Sº

regeneración (O2, Cl2, etc)

Etapas prácticas propias de una lixiviación

1. Disolución de los solubles

(lixiviación propiamente tal)

2. Separación de la solución formada del residuo sólidoinsoluble (Ripio de lixiviación)

(filtración y/o decantación)

3. Lavado del residuo sólido (ripio)

(relave)

(lixiviación secundaria)

Etapas prácticas propias de una lixiviación

1. Disolución de los solubles

(lixiviación propiamente tal)

2. Separación de la solución formada del residuo sólidoinsoluble (Ripio de lixiviación)

(filtración y/o decantación)

3. Lavado del residuo sólido (ripio)

(relave)

(lixiviación secundaria)

Lixiviación Química o Lixiviación Metalúrgica

“Disolución selectiva de metales solubles mediante un solventelíquido para separarlo de las impurezas del mineral”.

- Equilibrio termodinámico

- Cinética de la reacción química

La velocidad de reacción puede cambiar de acuerdo al gradode avance de la lixiviación.

-Se lixivia cuando el metal a extraer es más reactivo con elsolvente que las impurezas a remover (selectividad)

-La reacción debe ser (además de selectiva), rápida, consolvente barato o fácilmente regenerado.

Lixiviación Química o Lixiviación Metalúrgica

“Disolución selectiva de metales solubles mediante un solventelíquido para separarlo de las impurezas del mineral”.

- Equilibrio termodinámico

- Cinética de la reacción química

La velocidad de reacción puede cambiar de acuerdo al gradode avance de la lixiviación.

-Se lixivia cuando el metal a extraer es más reactivo con elsolvente que las impurezas a remover (selectividad)

-La reacción debe ser (además de selectiva), rápida, consolvente barato o fácilmente regenerado.

Diseño de un proceso de lixiviación

Considera 5 factores

1.- Elección del agente lixiviante (solvente)

2.- Tipo de proceso químico a usar

3.- Tipo de operación física a emplear

4.- Elección del equipo de lixiviación industrial

5.- Recuperación del metal disuelto

Diseño de un proceso de lixiviación

Considera 5 factores

1.- Elección del agente lixiviante (solvente)

2.- Tipo de proceso químico a usar

3.- Tipo de operación física a emplear

4.- Elección del equipo de lixiviación industrial

5.- Recuperación del metal disuelto